Аксід алюмінію (Al₂O₃) — адзін з найбольш распаўсюджаных і шырока выкарыстоўваных неарганічных матэрыялаў. Ён з'яўляецца асноўнай сыравінай для вытворчасці алюмінію. Адначасова ён адыгрывае важную ролю ў перадавой кераміцы, абразівах і носьбітах каталізатараў. Дзякуючы такім уласцівасцям, як высокая тэрмаўстойлівасць, каразійная стойкасць, цвёрдасць і ізаляцыя, аксід алюмінію ўжываецца ў новай энергетыцы, аэракасмічнай прамысловасці, ахове навакольнага асяроддзя і медыцыне. У якасці дабаўкі ён дзейнічае як «пажыўнае рэчыва», паляпшаючы характарыстыкі іншых матэрыялаў. Ён лічыцца шматфункцыянальным армавальным матэрыялам. У гэтым артыкуле прадстаўлены яго прымяненне ў батарэях, кераміцы і палімерах.
Паляпшэнне Літый-іённы акумулятар Прадукцыйнасць і бяспека
Літый-іённыя акумулятары жыццёва важныя для захоўвання энергіі і электрамабіляў. Іх прадукцыйнасць залежыць ад катода, анода, сепаратара і электраліта. Ва ўсіх гэтых дэталях выкарыстоўваецца аксід алюмінію, які валодае выдатнай стабільнасцю і ізаляцыяй.
Катодныя матэрыялы
Тонкі аксід алюмінію пакрыццё на катодных матэрыялах паляпшае захаванне ёмістасці, цыклічны тэрмін службы і тэрмічную стабільнасць.
Яго эфекты ўключаюць:
- Выдаленне HF з электраліта, памяншэнне растварэння металу.
- Стварэнне ахоўнага бар'ера, які абмяжоўвае пабочныя рэакцыі.
- Утварэнне алюмінату літыя для паляпшэння дыфузіі іонаў і зніжэння супраціўлення пераносу зарада.
- Зніжэнне цеплавыдзялення, паляпшэнне тэрмічнай стабільнасці.
- Рэагуючы з LiPF₆ з утварэннем LiPO₂F₂, што павялічвае тэрмін службы на ровары.
- Падаўленне эфектаў Яна-Тэлера для стабілізацыі электродаў.
Матэрыялы сепаратара
Сепаратары з пакрыццём з аксіду алюмінію ўстойлівыя да ўсаджвання пры высокіх тэмпературах. Гэта прадухіляе кароткія замыканні і цеплавы разгон. Керамічны пласт таксама механічна ўмацоўвае сепаратар. Ён рэгулюе сітаватасць, паляпшае транспарт іонаў і значна павышае бяспеку.
Анодныя матэрыялы
Пакрыццё анода аксідам алюмінію паляпшае стабільнасць міжфазнай паверхні і памяншае страты літыя. У выпрабаваннях на пранікненне іголкі элементы з керамічным пакрыццём паказалі больш нізкія пікавыя тэмпературы і не выбухнулі. Наадварот, элементы без пакрыцця дасягалі тэмпературы больш за 400°C з дымам і выбухам.
Электраліт і цвёрды электраліт
Даданне парашка аксіду алюмінію ў вадкі электраліт павялічвае праводнасць і зніжае супраціўленне. Гэта паляпшае характарыстыкі зарадкі-разрадкі і тэрмін службы. У цвёрдых электралітах аксід алюмінію паляпшае міжфазную стабільнасць і зварачальнасць літый-іённых акумулятараў. Напрыклад, даданне аксіду алюмінію 5% у LLZO павялічыла захаванне ёмістасці з 82,3% да 91,4% пасля 200 цыклаў.
Армуючыя керамічныя матэрыялы
Аксід алюмінію сам па сабе з'яўляецца высокапрадукцыйнай керамікай з цвёрдасцю, зносаўстойлівасцю і высокім модулем пругкасці. Што яшчэ больш важна, ён умацоўвае іншыя керамічныя вырабы.
Загартаваны цырконій з аксіду алюмінію (ATZ)
Чысты цырконій падвяргаецца мартэнсітнаму ператварэнню, што паляпшае трываласць, але выклікае расколіны падчас астуджэння. Стабілізатары, такія як аксід ітрыю, могуць дапамагчы, але эфект абмежаваны. Даданне аксіду алюмінію ў якасці другой фазы вырашае гэтую праблему.
- Аксід алюмінію сумяшчальны з цырконіем.
- Гэта павялічвае трываласць, зносаўстойлівасць і ўласцівасці супраць старэння.
- Кампазітны матэрыял устойлівы да награвання, карозіі і зносу.
У выніку, кераміка ATZ шырока вывучаецца для канструкцыйнага прымянення.
Іншыя керамічныя сістэмы
Аксід алюмінію таксама паляпшае ўласцівасці карбіду крэмнію і іншых керамічных матэрыялаў. Нават у самой кераміцы з аксіду алюмінію даданне невялікай колькасці нана-Al₂O₃ зніжае тэмпературу спякання і павышае трываласць.
Паляпшэнне цеплааддачы ў палімерных кампазітах
У электрамабілях, назапашвальніках энергіі і электроніцы 5G кіраванне цяплом мае вырашальнае значэнне. Высокая шчыльнасць магутнасці прыводзіць да павышэння тэмпературы. Перагрэў зніжае прадукцыйнасць і бяспеку.
Палімеры лёгкія, танныя і простыя ў апрацоўцы. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў цеплаізаляцыйных і ўпаковачных матэрыялах. Аднак палімеры з'яўляюцца дрэннымі праваднікамі цяпла. Іх цеплаправоднасць звычайна складае ўсяго 0,1–0,5 Вт/(м·К).
Каб вырашыць гэтую праблему, уводзяцца напаўняльнікі з высокай цеплаправоднасцю. Аксід алюмінію з'яўляецца найбольш распаўсюджаным напаўняльнікам. Ён недарагі, электраізаляцыйны і хімічна стабільны. Даданне часціц аксіду алюмінію значна павялічвае цеплаправоднасць палімера. Гэта робіць кампазіты прыдатнымі для акумулятарных блокаў, базавых станцый 5G і электронных прылад.
Заключэнне
Аксід алюмінію — гэта шматфункцыянальны армавальны матэрыял. У літый-іённых акумулятарах ён паляпшае стабільнасць, тэрмін службы і бяспеку. У кераміцы ён павышае трываласць і даўгавечнасць. У палімерах ён павялічвае цеплаправоднасць. Дзякуючы гэтым перавагам, аксід алюмінію мае незаменную каштоўнасць у энергетыцы, электроніцы і перадавых матэрыялах. Яго прымяненне будзе працягваць пашырацца, стымулюючы інавацыі і мадэрнізацыю прамысловасці.